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水田　浩之 (ミズタ　ヒロユキ)

水産科学研究院　海洋応用生命科学部門　育種生物学分野教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士（水産学）, 北海道大学
■ URL
researchmap URL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 生活環制御
  • 防御応答
  • 栄養塩
  • コンブ類
  • 成熟
  • 子嚢斑
  • 培養
  • 環境要因
  • 植物成長調整物質
  • 再分化
  • 植物生長調整物質
  • 抵抗性
  • 組織培養
  • 種苗
  • 光質
  • 活性酸素
  • マコンブ
  • ヨウ素
  • 増殖
  • 繁殖
  • 生態系モデル
  • 基礎生産
  • スサビノリ
研究分野
  • ライフサイエンス, 水圏生産科学, 海藻増養殖
  • ライフサイエンス, 水圏生命科学, 海藻繁殖生理学
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2013年 - 現在
    北海道大学 水産科学研究研究院, 教授

研究活動情報

■ 論文
■ その他活動・業績
■ 講演・口頭発表等
■ 主な担当授業
  • 育種生物学特論Ⅰ, 2024年, 修士課程, 水産科学院
  • 育種生物学特論Ⅱ, 2024年, 修士課程, 水産科学院
  • Introduction to Fisheries Sciences Ⅱ（水産科学汎論Ⅱ）, 2024年, 修士課程, 水産科学院
  • 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 環境と人間, 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 水産増殖学, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 水産増養殖実習, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 水産科学英語Ⅰ, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 水産科学英語Ⅱ, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 海洋植物学, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 基礎生命科学実験, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 発生・組織学, 2024年, 学士課程, 水産学部
■ 所属学協会
  • 日本応用藻類学会
  • 日本水産増殖学会
  • 日本藻類学会
  • 日本水産学会
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • コンブ微小世代のシードバンクとしての能力と実海域における生残性の把握
    科学研究費助成事業
    2020年04月01日 - 2023年03月31日
    水田 浩之
    コンブ胞子体（巨視的世代）は、ストレスを受けると活性酸素を生産し様々な防御機構を誘導することが知られている。その一つとして、胞子体にはオキシダティブバーストによって誘導されるケイ素の細胞外取り込み機構が存在し、この機構が微小世代である配偶体にも備わっていることが示唆された。ケイ素の細胞外取り込み機構は、過酸化水素とハロペルオキシダーゼの存在下でポリフェノールとケイ素が架橋形成することで細胞壁の強化を図っているものと考えられ、配偶体のストレス防御機構の一端が明らかになった。
    また、配偶体が他の藻類の下草等として生存・越年する状況を想定し、配偶体を5℃、遮光下で、培地の交換をせずに1～16カ月保存培養し、生残率を測定した。その後保存配偶体を10℃、白色光下（5-10 μmol photons m-2 s-1, 12hr明暗周期）で培養し、成長・成熟過程を観察した。さらに配偶体のクロロフィル蛍光パラメーター（Fv/Fm、Y(Ⅱ)、rETR、NPQ）を、パルス変調クロロフィル蛍光測定装置を用いて測定した。その結果、1‐3カ月間保存した配偶体は保存前と同様の細胞観を呈し、80%以上の生残率と一定のFv/FmとNPQ値を維持し、正常に成長・成熟する能力を有することが明らかになった。6カ月および9カ月間保存した配偶体の平均生残率はそれぞれ68.4%、40.0％に低下し、9カ月の保存配偶体のFv/Fmは保存前の約70%の値に、NPQは約50%の値に低下した。Fv/FmとNPQはマコンブ配偶体の生残率と有意な相関性が認められたことから、長期保存したマコンブ種苗等の生残性を評価する上でFv/FmとNPQが有効な指標となることが明らかになった。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 20K06176
  • コンブ胞子体における傷害抵抗性誘導条件の解明
    科学研究費補助金(基盤研究(C))
    2013年 - 2015年
    水田 浩之
    コンブ類の傷害抵抗性を誘導する条件を探索し、その機構解明を試みた。その結果、マコンブ幼胞子体への赤色光照射により、他の光(青色光、緑色光及び白色光)では認められない体の硬化を導くことが明らかになった。そこでリグニン様物質を測定したところ、赤色光下の幼胞子体は他の光条件のものに比べ高い含有量を示していた。また、赤色光照射による活性酸素発生の誘導や、表皮細胞の細胞壁に高いペルオキシダーゼ活性とリグニン様物質の分布が観察された。以上のことから、赤色光照射は、ペルオキシダーゼと活性酸素によって触媒されるリグニン様物質の合成を促し、葉状部の硬化を導き、物理的な抵抗力を付加する可能性を示唆した。
    文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 25450268
  • コンブ類の繁殖における静的抵抗性解明に関する研究
    科学研究費補助金(基盤研究(C), 基盤研究(C))
    2010年 - 2012年
    水田 浩之
    コンブ類の繁殖における静的防御機構(健全な藻体に存在する本来備えている抵抗機構)に関与する新たな化学成分の検索を目的とし、マコンブ胞子体の栄養成長期と生殖成長期(子嚢斑と呼ばれる生殖器官形成期)にある葉状部組織のケイ素含有量を測定すると共に組織化学的観察を行った。その結果、子嚢斑形成部位において隣接する未成熟部位に比べ高いケイ素含有量を示した。成熟部位においてケイ素は、子嚢斑を形成する側糸と呼ばれる遊走子(無性生殖細胞)嚢を保護する役割を担うと言われている部分とそれを保護するため側糸先端部に形成される粘液帽に分布していた。また、未成熟部位でもケイ素が含まれ、表皮細胞と皮層細胞の間の細胞間隙に分布し、葉状部の物理的強度の低いと考えられる縁辺部分や先端部分の比較的厚さの薄い部分で高い含有量を示す傾向が認められた。特に、傷害を受けたのち治癒した部分において高いケイ素の含有量を示し、傷害を覆うように分布することが観察された。これらのことから、ケイ素が胞子体が成長していく過程のみならず、コンブ類の胞子体の生殖器官の形成およびその保護に大きく関わり、繁殖の成功に大きく寄与していることが明らかになった。加えて、チガイソ科褐藻の胞子葉(めかぶと呼ばれる生殖器官)でも高いケイ素含有量を示す傾向が認められたことから、生殖器官の保護に寄与するケイ素の役割は、コンブ科褐藻だけでなくチガイソ科褐藻を含めたコンブ類に広く共通するものであると考察された。さらに、大型海藻類においてケイ素の機能や必須性は明らかにされていなかった元素であり、本研究成果は、海藻類の栄養要求における学術的にも貴重な基礎的知見である。
    文部科学省, 基盤研究(C), 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 22580195
  • ノリの無性生殖強化による簡便・高効率生産技術の開発
    産学が連携した研究開発成果の展開 研究成果展開事業 地域事業 地域イノベーション創出総合支援事業 シーズ発掘試験
    2009年 - 2009年
    水田 浩之
    ノリ養殖過程は、次年度の栽培のため糸状体(ノリの微小世代)を培養し、採苗を経て漁場へ展開するため、時間やコストもかかる。また、その過程では病気等の問題も発生しており、短時間での種苗補充が必要となる場合がある。そこで、多くの有用物質を含み社会的需要の高いノリについて、再生可能な遊離細胞の獲得機構の解明を進めると共に、連続的な種苗採取を念頭に置いた高効率かつ高効率の生産技術の開発を目指す。
    北海道大学, 研究代表者
  • コンブ目植物組織における高生産性培養法の開発に関する栄養生理学的研究
    科学研究費補助金(基盤研究(C))
    2004年 - 2006年
    水田 浩之
    海藻類のカルス細胞の誘導及び増殖技術には、摘出組織からのカルスの量が少ないこと、カルスの増殖速度が極めて遅いこと、カルスの分化を制御できないなどの問題点がある。これらの問題点を解決し、より実用的な培養系を確立するためには、カルス誘導条件とその過程の把握が必要となるだけでなく、成長,成熟,脱分化,再分化等のメカニズムの解明を視野においた基礎的研究と技術開発が求められる。そこで、本研究では、カルス誘導の効率誘導と増殖促進条件を明らかにすると共に、そのメカニズムについても考察した。その結果、下記のことが明らかになった。1.カルス誘導の最適水温および塩分条件は、未切断の葉状体と類似の傾向を示した。すなわち、水温10℃で最も高い誘導率を示し、塩分が27.5psu以上の時に、高頻度でカルスが形成された。2.貧栄養滅菌海水中でのカルス誘導率は、富栄養海水中のそれに比べ低く、その後の成長が停止した。また、ビタミン類の添加によるカルス誘導率の促進効果は認められなかった。3.キレート剤であるEDTA, EGTA, NTAの添加は、カルス誘導をわずかに促進したか、左右しない程度であった。しかし、キレート剤と共に栄養補強剤を添加すると、カルスの誘導率は低下した。4.暗条件下でも糸状のカルスが誘導されるが、その後の成長は低下した。また、高光量で誘導されたカルスの成長はやがて止まり、脱色を招いた。このことは、独立栄養により成長可能であることを示すと共に,光量は誘導よりその後の成長を左右する大きな要因であると考えられた。赤色光の照射は、白色光や青色光に比べ、成熟を阻害すると共に赤色光は胞子体茎状部および付着器の伸長を促進した。また、赤色光はカルスの形成とその成長を促進した。これに対し、青色光は葉状体の成熟を促進した。5.カルス誘導の栄養要求において、植物成長調整物質が有効であることが明らかになった。コンブ類のカルス誘導には、オーキシンおよびサイトカイニンの同時添加が好ましいことが分かった。特に、オーキシンは細胞分裂と伸長を、サイトカイニンは白色化の抑制に効果的であると考えられた。カルスの誘導は、コンブ葉状体の部位によって大きく異なり、基部に近い部位から得た藻体片において高頻度でカルスの誘導が認められ,先端部ほどカルスの誘導率は低下した。これは、分裂活性に比例していると思われ、体内のオーキシンおよびサイトカイニン含有量の違いによるものと推察された。
    文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 16580139
  • 海苔ゲノムを利用した生活環の制御に関わる遺伝子の発現解析
    科学研究費助成事業
    2003年 - 2005年
    嵯峨 直恆; 安井 肇; 水田 浩之; 北出 幸広
    本研究により得られた新たな知見等は以下のとおりである。
    1.単胞子未形成時よりも単胞子形成時に発現量が増加する遺伝子の探索について
    cDNAマクロアレイ法による1次スクリーニングと、RT-PCR法またはノーザン解析による2次スクリーニングを行った結果、代謝に関わる酵素をコードする8個の遺伝子のほか配偶体特異的な発現パタンを示す機能未知の遺伝子が見つかった。上記8遺伝子については、cDNA全長配列を決定し、DDBJへの登録手続きを行った(AB127044-AB127051)。
    2.スサビノリ遺伝子の発現解析手法と内部基準の開発について
    (1)エロンゲーションファクター1α遺伝子のリボプローブを用いて、配偶体世代の発芽体におけるホールマウントin situハイブリダイゼーション法を開発した。
    (2)差次的発現をする遺伝子の発現解析における新たな内部基準(アクチン関連タンパク質4ホモログ)を開発した。本遺伝子の演繹アミノ酸配列中には推定のbipartite型核局在シグナル(NLS)とアクチンモチーフが見つかった。本遺伝子の発現レベルは、生活環の4つの発生段階で有意に変化せず、従来型アクチンよりも低かった。
    3.化学物質による単胞子形成誘導法について
    10mMのアラントインを含む培地で栄養成長したスサビノリ配偶体を培養することにより発芽能力のある単胞子様細胞が得られることがわかった。また、この処理により本来単胞子を介した無性生殖をしない種(ウップルイノリ)でも同様の細胞が得られることがわかった。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 15380126
  • 干潟域の低次生産過程における親生物元素循環の定量化と生態系モデルの構築
    科学研究費助成事業
    2003年 - 2005年
    門谷 茂; 工藤 勲; 水田 浩之; 多田 邦尚; 柳 哲雄; 堤 裕昭
    本研究では、地球上で最も単位面積当たりの動物生産量が高い場であるとされながらも、研究上のさまざまな隘路により、これまで包括的な知見が極めて限られていた干潟域における基礎生産過程や、それに続く食物網のダイナミクスについて、詳細かつ長期の調査研究を基礎として、さまざまな素過程の定量化を進めるとともに、将来の環境管理に必要不可欠である干潟域の生態系モデルの構築を同時に実施する事を計画して実施した。我が国のように南北に細長く温度環境等が大きく異なる環境場に点在する干潟群の汎用的なモデル化を、1カ所の干潟での観測例のみで構築することは不可能である。そこで、我々の研究チームは、北海道から九州までの代表的な3カ所の干潟を選定し、それぞれの場所で同質・同種の観測・実験結果を得て、従来知見の乏しかった底生生物の親生物元素動態にはたす役割を定量化するとこで、我が国では初めてのケースとなる基礎生産から高次生産まで含めた包括的な生態系モデルを構築することを目的とした。高松の河口干潟において実施された研究により、底生珪藻の基礎生産量を正確に見積もることができた。また、そのレベルは、瀬戸内海の海水中の基礎生産量を超える値であることを明らかにした。さらに、底生動物と環境因子の関係について詳細に把握した。その結果、生物は環境因子により生物量やその組成に影響を与えられるが、逆に生物自自身が環境を作り替えていることも明らかにした。最終的に、干潟域での包括的な生態系モデルを作成することに成功した。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 15201001
  • 培養系におけるマコンブ胞子体の成熟誘導に関する研究
    科学研究費補助金(奨励研究(A))
    1997年 - 1998年
    水田 浩之
    マコンブLaminaria japonica胞子体片を用いて培養条件下で成熟誘導を試みた。また、自然環境下での子嚢斑形成状況と比較検討した結果、以下のことが明らかになった。1. 胞子体片を用いてた培養で子嚢斑形成が可能となった。2. 子嚢斑形成は15℃で最も早く、かつ大きな子嚢斑を形成した。3. 子嚢斑面積は高光量ほど大きかったが、その形成時期は光量に左右されにくかった。4. 短日条件下での子嚢斑形成は、等日および長日条件下に比べ早かった。5. 貧栄養条件は胞子体片の子嚢斑形成を遅らせかつ、その面積を著しく制限した。6. 子嚢斑形成には、ある一定以上の栄養元素の蓄積が必要であることが示唆された。7. 胞子体基部に比べ先端部の胞子体片の方が子嚢斑形成が早く、また中帯部に比べ縁辺部の方が容易に子嚢斑を形成する傾向が見られた。8. 自然環境下での子嚢斑形成は縁辺部に先立ち中帯部から形成される場合が多かった。9. 視覚的な子嚢斑形成以前に既に胞子体片内では種々の変化生じており、その変化は光合成の低下、呼吸の増加、タンパク質合成に特徴づけられる。10. ホソメコンブ、ガゴメ、アナメ胞子体片でも子嚢斑を形成させることができた。以上の結果から、一年中を通して個体やその採取部位によらず胞子体片を培養することにより子嚢斑を形成させることが可能であることが示された。この胞子体片を用いたマコンブは他のコンブ属植物にも応用でき、採苗方法は時期に左右されずに付着生物等の影響の少ない種苗を提供し得る可能性を示すものである。
    文部科学省, 奨励研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 09760168
■ 産業財産権
  • 褐藻類の種苗生産方法
    特許権, 宮下 和夫; 水田 浩之; 宇治 利樹; 嵯峨 直恆; 川越 力, 国立大学法人北海道大学, 共和コンクリート工業株式会社
    特願2015-187808, 2015年09月25日
    特開2017-060429, 2017年03月30日
    201703005813581957
  • 海藻種苗の培養方法
    特許権, 川越 力; 白石 恭輔; 北山 進一; 坂下 功; 吉野 博之; 菅原 智明; 玉森 学; 山田 芳浩; 安井 肇; 水田 浩之, 共和コンクリート工業株式会社, 公益財団法人函館地域産業振興財団, 株式会社東和電機製作所, 国立大学法人北海道大学
    特願2012-225210, 2012年10月10日
    特開2014-075998, 2014年05月01日
    特許第5931684号, 2016年05月13日
    201603000528375953
  • 海藻種苗の培養方法
    特許権, 川越 力; 白石 恭輔; 北山 進一; 坂下 功; 吉野 博之; 菅原 智明; 玉森 学; 山田 芳浩; 安井 肇; 水田 浩之, 共和コンクリート工業株式会社, 公益財団法人函館地域産業振興財団, 株式会社東和電機製作所, 国立大学法人北海道大学
    特願2012-225210, 2012年10月10日
    特開2014-075998, 2014年05月01日
    201403002145486180